Sposób allotermicznego zgazowania paliw stałych oraz instalacja

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL
RZEC ZPO SPO LITA
POLSKA
(11) 174698
(13) B1
(21) Numer zgłoszenia:
303738
(51) IntCl6:
C10J 3/20
Urząd Patentowy
Rzeczypospolitej Polskiej
(
5
4
)
(22) Data zgłoszenia:
07.06.1994
Sposób allotermicznego zgazowania paliw stałych
oraz instalacja do stosowania tego sposobu
(7 3 )
(43)
"EKOLBUD" Spółka Inżynierska Projektowanie i Budowa Obiektów, Urządzeń i Instalacji Ochrony Środowiska, Mysłowice, PL
Ekologiczne Przedsiębiorstwo UsługowoHandlowe "EKOPROGRESS" Spółka z
o.o., Katowice, PL
Zgłoszenie ogłoszono:
11.12.1995 BUP 25/95
(45)
O udzieleniu patentu ogłoszono:
30.09.1998 WUP 09/98
(57)1. Sposób alloterm icznego zgazowania paliw stałych,
właszcza niskoene rgetyczne go węgla dla wytworzenia pary w odnej i/lub ciepłej wody do celów energetycznych i przemysłowych,
obejmujący przygotowanie paliw stałych w strum ieniu gazów
spalinowych, pirolizę i gazyfikację w atm osferze pary wodnej i
powietrza, chłodzenie i oczyszczanie surowego gazu palnego,
zn a m ien n y tym, że proces pirolizy i gazyfikacji paliwa stałego o
uziarnieniu dogodnie od 0 do 0,3 mm prowadzi się w okresie
czasu, który zapewnia pojem ność przewodu mieszania i komory
reaktora oraz przy ciśnieniu quasiatm osfe rycznym w tem peraturze od 800 - 9 5 0 °C za pom ocą gorących gazów ze spalania
karbonizatu, odparowania i spalania odpow iednio rozpylonych
szlam ów z węzła odsiarczania oraz szlamów i odgazów z węzła
odazotow ania, a otrzymany surowy gaz palny, po oczyszczeniu z
karbonizatu, chłodzi się do temperatury, korzystnie od 50 150 °C , a następnie w obiegach zamkniętych odazotowuje i od siarcza, przy czym do procesu odsiarczania wprowadza się gaz
zawierający związki siarki w postaci siarkowodoru.
12. Instalacja do zgazowania paliw stałych zawierająca
w ęzły: przygotow an ia p aliw stałych, p irolizy i gazyfikacji,
obróbki gazu surowego wraz z utylizacją ciepła, zn am ien na tym,
że posiada kom orę paleniskow ą (24) ze stycznie d oprow adzonymi przewodami: odgazów (50) i zim nego powietrza (25),
n astęp n ie osiowym przew odem gazow ego nośnika ciepła (17),
usytuow aną przed w ęzłem pirolizy i gazyfikacji składającym się
z przewodu m ieszania (16) i kom ory reakcyjnej (14), następnie
w ęzeł chłodzenia gazów surowych złożony z podgrzewacza
pow ietrza (1 8 ), rekuperatora ciepła (29), podgrzewacza powietrza lub ciepłej wody, a ponadto posiada w ęzeł odazotowania
gazów przed w ęzłem od siarczan ia gazów oraz k o cio ł e n e r g e ty czn y (3 9 ) połączony z przewodami doprowadzającymi: gazu
palnego (27), ogrzanego powietrza (33), wody zasilającej (38) i
przewodam i odprowadzającymi parę i/lub ciepłą w odę (40) oraz
nadmiar czystych spalin do atmosfery (41).
PL 174698
B1
z
U prawniony z patentu:
(72)
T w ó rcy w ynalazku:
Zbigniew Fidrych, Sosnowiec, PL
Zygmunt Froń, Mysłowice, PL
Krystyna Rusin, Mysłowice, PL
Sposób allotermicznego zgazowania paliw stałych
oraz instalacja do stosowania tego sposobu
Zastrzeżenia
patentowe
1. Sposób allotermicznego zgazowania paliw stałych, zwłaszcza niskoenergetycznego
węgla dla wytworzenia pary wodnej i/lub ciepłej wody do celów energetycznych i przemysłowych, obejmujący przygotowanie paliw stałych w strumieniu gazów spalinowych, pirolizę
i gazyfikację w atm osferze pary wodnej i powietrza, chłodzenie i oczyszczanie surowego
gazu palnego, znamienny tym, że proces pirolizy i gazyfikacji paliwa stałego o uziarnieniu
dogodnie od 0 do 0,3 mm prowadzi się w okresie czasu, który zapewnia pojemność przewodu
mieszania i komory reaktora oraz przy ciśnieniu quasiatmosferycznym w tem peraturze od
800 - 950°C za pom ocą gorących gazów ze spalania karbonizatu, odparowania i spalania
odpowiednio rozpylonych szlamów z węzła odsiarczania oraz szlamów i odgazów z węzła
odazotowania, a otrzymany surowy gaz palny, po oczyszczeniu z karbonizatu, chłodzi się do
temperatury, korzystnie od 50 - 150 C, a następnie w obiegach zamkniętych odazotowuje i
odsiarcza, przy czym do procesu odsiarczania wprowadza się gaz zawierający związki siarki
w postaci siarkowodoru.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że proces gazyfikacji prowadzi się
stosując osiowe, pionowe wznoszenie się paliwa stałego zawieszonego w gazowym nośniku
ciepła, a następnie zmianę kierunku strumienia o 180° i jego spływ bokami w dół.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że nadmiar karbonizatu z procesu
gazyfikacji, po oddzieleniu od niego surowego gazu palnego, stosuje się bezpośrednio do
wytworzenia pary wodnej i/lub ciepłej wody.
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że szlaka ze spalania produktów odpadowych z procesów gazyfikacji i oczyszczania, zwłaszcza karbonizatu, po schłodzeniu i granulacji w kąpieli wodnej, oraz po powietrznym podsuszeniu na składowisku z systemem
odwadniającym stanowi kwalifikowane kruszywo budowlane.
5. Sposób według zastrz. 1 i 4, znamienny tym, że do procesu spalania wprowadza się
dodatek w ilości do 10% lub powyżej tej granicy, przygotowanych palnych odpadów niebezpiecznych takich jak przykładowo: odpady komunalne i szpitalne.
6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że podczas płukania gazu w procesie
odazotowania, wpływający gaz surowy odbija się od lustra cieczy, zmienia swój kierunek o
180° i przepływa pionowo w górę przez wypełnienie absorpcyjne zraszane cieczą płuczącą,
a przed wylotem odkrapla się.
7. Sposób według zastrz. 1 albo 6, znamienny tym, że wydzielające się związki azotu,
cyjanu, chloru, fluoru częściowo siarkowodór, dwutlenek węgla i szlamy: z resztek karbonizatu, smoły oraz naftalenu, w procesie odazotowania gazów znaną m etodą przez płukanie
zimną wodą am oniakalną z obiegu cieczy płuczącej, a następnie odazotowanie, kieruje się
do spalenia.
8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że zawarte w surowym gazie związki siarki
redukuje się do siarkowodoru w wyniku katalizy na elementach ze stali węglowych w
procesie rekuperacji.
9. Sposób według zastrz. 1 lub 8, znamienny tym, że proces odsiarczania gazu
prowadzi się znaną m etodą przez bezpośrednią konwersję siarkowodoru do siarki elem entarnej w cieczy alkalicznej, korzystnie wodorotlenku sodu, zawierającej mieszaninę katalizatorów 1,4-naftochinono-2-sulfonianu sodowego i cyjanosiarczku żelaza.
10. Sposób według zastrz. 1 albo 8 albo 9, znamienny tym, że mieszaninę pokonwer
syjną flotuje się powietrzem, w wyniku czego siarka przechodzi do piany i po roztopieniu i
oddzieleniu wskutek różnicy ciężarów właściwych od cieczy obiegowej - stanowi produkt
handlowy.
174 698
3
11. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że z cieczy obiegowych procesów
odazotowania i odsiarczania gazu usuwa się związki: chloru, fluoru, niektórych metali
ciężkich, nielotnych soli amonowych, wielosiarczków i innych z reakcji ubocznych, przez
okresowe odprowadzenie szlamów na poletko osadowe.
12. Instalacja do zgazowania paliw stałych zawierająca węzły: przygotowania paliw
stałych, pirolizy i gazyfikacji, obróbki gazu surowego wraz z utylizacją ciepła, znamienna
tym, że posiada kom orę paleniskową (24) ze stycznie doprowadzonymi przewodami:
odgazów (50) i zimnego powietrza (25), następnie osiowym przewodem gazowego nośnika
ciepła (17), usytuowaną przed węzłem pirolizy i gazyfikacji składającym się z przewodu
mieszania (16) i komory reakcyjnej (14), następnie węzeł chłodzenia gazów surowych
złożony z podgrzewacza powietrza (18), rekuperatora ciepła (29), podgrzewacza powietrza
Iub ciepłej wody, a ponadto posiada węzeł odazotowania gazów przed węzłem odsiarczania
gazów oraz kocioł energetyczny (39) połączony z przewodami doprowadzającymi: gazu
palnego (27), ogrzanego powietrza (33), wody zasilającej (38) i przewodami odprowadzającymi: parę i/lub ciepłą wodę (40) oraz nadm iar czystych spalin do atmosfery (41).
13. Instalacja według zastrz. 12, znamienna tym, że pod komorą paleniskową (24)
posiada węzeł gaszenia i granulacji szlaki (26), z którego szlakę wywozi się zespołem
transportującym (59), a parę wodną zawraca do paleniska (24).
14. Instalacja według zastrz. 12, znamienna tym, że w węźle odazotowania gazu
zawiera w obiegu zamkniętym z cieczą amoniakalną płuczkę odazotowującą (45), wewnątrz
której jest umieszczony znany koagulator Venturiego pionowo z usytuowanym u góry
konfuzorem zasilanym cieczą płuczącą i dyfuzorem, którego wylot usytuowany jest nad
lustrem cieczy płuczącej osadnika promieniowego znajdującego się w dolnej części płuczki.
15. Instalacja według zastrz. 12, znamienna tym, że elementem węzła odsiarczania
gazu składającego się z płuczki odsiarczającej (44) zraszanej cieczą w obiegu zamkniętym,
oksydatora cieczy obiegowej (54) z doprowadzeniem zimnego powietrza przewodem (25)
i roztapiacza siarki (55), a ponadto zespołu konfekcjonowania siarki (58) jest również
rekuperator ciepła (29) z elem entam i ze stali węglowej, działającymi katalitycznie na proces
redukcji związków siarki do siarkowodoru.
*
*
*
Przedm iotem wynalazku jest sposób allotermicznego zgazowania paliw stałych, zwłaszcza niskoenergetycznego węgla dla wytworzenia pary wodnej i/lub ciepłej wody dla celów
energetycznych i przemysłowych. Przedmiotem wynalazku jest również instalacja do stosowania tego sposobu. Zgazowaniu mogą być poddane takie paliwa jak: węgiel kamienny,
węgiel brunatny, torf, łupki bitumiczne i muły węglowe.
Ze względu na sposób w jaki paliwo stałe kontaktuje się z medium zgazowującym
znanych jest kilka podstawowych metod ich zgazowania. Przyjmując za kryterium podziału
zagęszczenie zgazowanego paliwa rozróżnia się sposoby zgazowania: złoża ubitego stacjonarnego, złoża usypanego quasistacjonarnego, złoża fluidalnego, w którym paliwo wraz z
gazem znajduje się w stanie intensywnego ruchu oraz z bardzo rozrzedzonym złożem, w
którym zgazowane paliwo jest zawieszone w medium gazowym będącym w ruchu turbu
lentnym. Ostatnie z wymienionych sposoby różnią się między sobą: param etram i fizykochemicznymi medium zgazowującego, jego składem chemicznym, ciśnieniem, tem peraturą,
prędkością względną, układami oczyszczania gazów i konstrukcją reaktorów. Sposoby
zgazowania paliw stałych w ośrodku gazowym znane są w technice pod nazwami: Ruhrgas,
Lurgi Winkler - Ht, Koppers - Totzek, Texaco, Ber, Bigas, Hygas Synthone, Acceptor, Shell
- Koppers, Cogas, U-gas, Battelle - Corbide, Exxon, Westing - house, Hydrane, Coed,
Igrufluid G arrett, Hri, Babcock - Wilcox.
Istotnym param etrem procesów zgazowania paliw stałych jest podwyższona tem peratura, której utrzymanie na prawie stałym poziomie wymaga doprowadzenia ciepła: bądź
z częściowego spalania (metoda autotermiczna) bądź z obcego źródła (metoda allotermiczna).
4
174 698
Zgazowanie allotermiczne jest korzystniejsze od autotermicznego z punktu widzenia
techniki gazowniczej, gdyż daje większy uzysk gazu. Do procesu zgazowania allotermicznego energia cieplna może być doprowadzona w dowolnej formie i z dowolnego obcego źródła.
Może to być ciepło energii elektrycznej, ciepło utylizowane lub ciepło ze specjalnie do tego
celu skonstruowanej komory spalania wytwarzającej gorące gazy nagrzewające do odpowiedniej tem peratury zgazowane paliwo. M a to miejsce na przykład w procesie G arrett'a,
w którym deficyt ciepła reakcji endotermicznych, pokrywa odrębna, specjalnej konstrukcji
komora paleniskowa spalająca karbonizat uzyskany ze zgazowania węgla. Znane sposoby
zgazowania zachodzą w tem peraturach od 700 do 1500°C, w których dochodzi do karbo
nizacji ziarna paliwa. Uzyskany karbonizat według wszystkich wzmiankowych procesów z
wyjątkiem procesu G a rre tt'a jest kierowany poza urządzenie zgazowujące, do spalenia
w paleniskach energetycznych lub stanowi zasadniczy składnik bezdymnych brykietów,
jak to m a m iejsce w procesie IChPW Zabrze. Natomiast gaz palny z procesu zgazowania
poddawany jest obróbce, zwłaszcza schłodzeniu i odsiarczeniu.
Gazyfikacja węgla opisana jest szeroko w literaturze patentowej. Znane są różne
sposoby zgazowania paliwa stałego obejmujące swym zakresem cały proces względnie jego
etapy. Przedmiotem patentów są również instalacje i urządzenia do zgazowania paliw
stałych.
W polskich opisach patentowych nr 156 479 i nr 156 480 przedstawiono sposób
doprowadzenia drobnoziarnistego i pyłowego paliwa do reaktora zgazowującego będącego
pod podwyższonym ciśnieniem, a ponadto - w patencie nr 156 479 - urządzenie do przeprowadzenia tego sposobu. Istnieją również patenty: nr 159 892 na sposób oziębiania gorącego
produktu gazowego wychodzącego z reaktora zgazowującego i nr 151 919 na sposób
usuwania pozostałości po zgazowaniu z otworu wylotowego reaktora ciśnieniowego.
Gazyfikację węgla kamiennego i brunatnego przedstawiono w polskich opisach patentowych nr 87 904 i 102 116.
Sposób według patentu nr 87 904 polega na tym, że poddawany wytlewaniu pył
węglowy zostaje zmieszany w rurze lub w cyklonie z częścią gorących spalin pobieranych z
paleniska, a powstały w warunkach mieszania i wytlewania w gazie pył półkoksu zostaje z
gazów odseperowany, a następnie kierowany bezpośrednio do palników, przy czym - według
patentu dodatkowego nr 102116 - z pyłu półkoksu, zostają oddzielone magnetyczne siarczki
żelaza. Do tych palników doprowadzana jest również i spalana łącznie po uprzednim
odsiarczeniu i oczyszczeniu od frakcji ciekłych mieszanina spalin gazu wytlewnego.
Sposób ciągłego zgazowania paliw stałych, zwłaszcza węgla kamiennego i brunatnego
przedstawiono również w opisie patentowym nr 144 444. Sposób polega na tym, że do
komory reaktora pionowego wprowadza się z góry w dół dwa współosiowe i współbieżne
strumienie, z których wewnętrzny jest swobodnym turbulentnym strumieniem gorących
spalin ze spalania gorącego koksiku w tlenie w palniku strumieniowym, a zewnętrzny
stanowi turbulenty strumień przegrzanej pary wodnej z zawiesiną pyłu paliwa stałego.
Sposób allotermicznego zgazowania węgla wraz z generatorem opisano w wynalazku
opatentowanym pod nr 153 818. W ciśnieniowym sposobie zgazowania węgla w złożu
fluidalnym zasilanie obcym ciepłem następuje za pomocą medium cieplnego transportowanego przez wymiennik ciepła w generatorze. Generator gazu charakteryzuje się tym, że
walcowy zbiornik ciśnieniowy umieszczonego w pozycji leżącej generatora gazu jest podzielony na strefę nagrzewania i pirolizy, oddzielną strefę zgazowania oraz oddzielną strefę
chłodzenia.
Inny, w pozycji stojącej generator będący przedmiotem patentu nr 154 876 jest
podzielony na strefę nagrzewania i pirolizy znajdującą się w jego górnym obszarze, umieszczoną poniżej oddzielną strefę zgazowania oraz umieszczoną pod nią oddzielną strefę
chłodzenia.
Z kolei w opisie patentowym nr 153 860 przedstawiono sposób kontroli ciśnieniowego
procesu zgazowania węgla w złożu stałym, polegający na określeniu podatności węgla
brunatnego do tworzenia się żużla przez oznaczenie zawartości popiołu oraz zawartości
174 698
5
krzemu i glinu, za pomocą neutronowej analizy aktywacyjnej, określeniu param etrów pracy
generatora tak by proces zgazowania węgla przebiegał na granicy tworzenia się żużla.
Nawet na podstawie tych wyrywkowo przedstawionych materiałów można wysnuć
wniosek, że problem gazyfikacji paliwa stałego jest istotny i budzi żywe zainteresowanie
zarówno z uwagi na efekty energetyczne, jak i z zakresu ochrony środowiska.
Celem wynalazku jest opracowanie allotermicznego sposobu zgazowania paliw stałych charakteryzującego się minimalną emisją substancji szkodliwych do atmosfery oraz
ścieków i odpadów stałych do środowiska naturalnego oraz instalacji o jednolitej zwartej
budowie obejmującej kompleksowo cały proces gazyfikacji paliwa aż do wytworzenia pary
wodnej w kotle energetycznym.
Według wynalazku proces pirolizy i gazyfikacji paliwa stałego o uziarnieniu dogodnie
od 0 do 0,3 mm prowadzi się w okresie czasu, który zapewnia pojemność przewodu
mieszania i komory reaktora oraz przy ciśnieniu quasiatmosferycznym w tem peraturze od
800 - 950°C za pomocą gorących gazów; ze spalania karbonizatu, odparowania i spalania
odpowiednio rozpylonych szlamów z węzła odsiarczania oraz szlamów i odgazów z węzła
odazotowania. Otrzymany surowy gaz palny, po oczyszczeniu z karbonizatu chłodzi się do
tem peratury korzystnie od 50 - 150°C. Następnie ochłodzony gaz odazotowuje się i odsiarcza w obiegach zamkniętych. Do procesu odsiarczania wprowadza się gaz zawierający
związki siarki w postaci siarkowodoru. Proces gazyfikacji prowadzi się stosując osiowe,
pionowe wznoszenie się paliwa stałego zawieszonego w gazowym nośniku ciepła, a następnie zmianę kierunku strumienia o 180° i jego spływ bokami w dół. Nadmiar karbonizatu z
procesu gazyfikacji, po oddzieleniu od niego surowego gazu palnego, stosuje się bezpośrednio do wytworzenia pary wodnej i/lub ciepłej wody. Natomiast otrzymaną szlakę przez
spalanie produktów odpadowych z procesów gazyfikacji i oczyszczania, zwłaszcza spalania
karbonizatu chłodzi się i granuluje w kąpieli wodnej. Po powietrznym podsuszeniu na
składowisku z systemem odwadniającym stanowi ona kwalifikowane kruszywo budowlane.
Zgodnie z wynalazkiem możliwe jest wprowadzenie do procesu spalania dodatku w
ilości do 10% lub powyżej tej granicy przygotowanych palnych odpadów niebezpiecznych
takich jak przykładowo: odpady kom unalne i szpitalne.
Podczas płukania gazu w procesie odazotowania, wpływający gaz surowy odbija się
od lustra cieczy, zmienia swój kierunek o 180° i przepływa pionowo w górę przez wypełnienie absorpcyjne zraszane cieczą płuczącą, a przed wylotem odkrapla się. Wydzielające się
związki azotu, cyjanu, chloru, fluoru częściowo siarkowodór, dwutlenek węgla i szlamy: z
resztek karbonizatu, smoły oraz naftalenu w procesie odazotowania gazów znaną m etodą
przez płukanie zimną wodną am oniakalną z obiegu cieczy płuczącej, a następnie odazoto
wanie - kieruje się do spalenia. Zaw arte w surowym gazie związki siarki redukuje się do
siarkowodoru w wyniku katalizy na elem entach ze stali węglowych w procesie rekuperacji.
Proces odsiarczania gazu prowadzi się znaną m etodą przez bezpośrednią konwersję siarkowodoru do siarki elem entarnej w cieczy alkalicznej, korzystnie wodorotlenku sodu,
zawierającej mieszaninę katalizatorów 1 ,4-naftochinono - 2-sulfonianu sodowego i cyjano
siarczku żelaza. Mieszaninę pokonwersyjną flotuje się powietrzem, w wyniku czego siarka
przechodzi do piany i po roztopieniu i oddzieleniu wskutek różnicy ciężarów właściwych od
cieczy obiegowej - stanowi produkt handlowy. Z cieczy obiegowych procesów odazotowania
i odsiarczania gazu usuwa się związki: chloru, fluoru, niektórych metali ciężkich, nielotnych
soli amonowych, wielosiarczków i innych z reakcji ubocznych, przez okresowe odprowadzenie szlamów na poletko osadowe.
Według wynalazku instalacja do zgazowania paliw stałych posiada komorę paleniskową ze stycznie doprowadzonymi przewodami: odgazów i zimnego powietrza oraz osiowym
przewodem gazowego nośnika ciepła. Komora paleniskowa usytuowana jest przed węzłem
pirolizy i gazyfikacji składającym się z przewodu mieszania i komory reakcyjnej. Ponadto
instalacja posiada węzeł chłodzenia gazów surowych złożony z podgrzewacza powietrza,
rekuperatora ciepła, podgrzewacza powietrza lub ciepłej wody, następnie węzeł odazotowania gazów przed węzłem odsiarczania gazów i kocioł energetyczny. Kocioł połączony jest
z przewodami doprowadzającymi: gazu palnego, ogrzanego powietrza, wody zasilającej i
6
174 698
przewodami odprowadzającymi: pary i/lub ciepłej wody oraz nadm iaru czystych spalin do
atmosfery. Pod kom orą paleniskow ą usytuowany jest węzeł gaszenia i granulacji szlaki,
z którego szlakę wywozi się zespołem transportującym, a parę wodną zawraca do tego
paleniska. W ęzeł odazotowania gazu zawiera w obiegu zamkniętym z cieczą amoniakalną
płuczkę odazotującą, wewnątrz której umieszczony jest znany koagulator Venturiego pionowo, konfuzorem u góry, zasilanym cieczą płuczącą i dyfuzorem, którego wylot usytuowany
jest nad lustrem cieczy płuczącej osadnika promieniowego znajdującego się w dolnej
części płuczki. Węzeł odsiarczania gazu składa się z płuczki odsiarczającej zraszanej cieczą
w obiegu zamkniętym, oksydatora cieczy obiegowej, z przew odem doprow adzającym
zimnego powietrza i roztapiacza siarki. W zakres tego węzła wchodzi również rekuperator
ciepła z elem entam i ze stali węglowej działającym katalitycznie na proces redukcji
związków siarki do siarkowodoru.
S posób zgazow ania w edług w ynalazku w całości stanow i praw ie bezodpadow ą,
w maksymalnym stopniu energetycznie efektywną przemianę energii chemicznej paliw
stałych w energię cieplną. Jest to produkcja czynnika grzewczego, a mianowicie pary wodnej
i/lub ciepłej wody przy prawie zerowej emisji szkodliwych gazów do atmosfery i również
znikomej emisji ścieków i odpadów stałych do środowiska naturalnego, co kwalifikuje ją do
serii tak zwanych "czystych technologii". Szczególnie korzystny jest brak emisji do atmosfery
rakotwórczych, wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (benzo- α - piren), węglowodorów chlorowanych (dioksyn) sadzy, itp.
Sposób i instalacja według wynalazku umożliwiają znacznie efektywniejsze pod względem cieplnym wykorzystanie do celów energetycznych paliw stałych nawet o najgorszej
jakości, a ponadto dają możliwość spalania palnych odpadów niebezpiecznych dla środowiska między innymi odpadów komunalnych i szpitalnych.
Dodatkowymi efektami ze stosowania wynalazku są: odzysk kruszywa budowlanego i
siarki elem entarnej o czystości przewyższającej czystość siarki z metody Clausa, co wpłynie
na ograniczenie eksploatacji bogactw naturalnych.
Przedmiot wynalazku jest bliżej objaśniony w przykładzie wykonania na rysunku, który
przedstawia schemat instalacji z obiegiem mediów. Do węzła przygotowania paliw stałych
7 zostaje doprowadzony zespołem transportowym 4 pył węglowy o uziarnieniu do 0,2 mm
oraz przewodem 3 spaliny z kotła 39. Z węzła 7 pyły węglowe są transportow ane za pomocą
spalin przewodem 8 do zbiornika 9, a następnie przewodem 10 do przewodu mieszania 16,
do którego również przez przewód 17 doprowadzony jest gazowy nośnik ciepła z komory
paleniskowej 24. We wspólnym przewodzie 16 i kom orze reakcyjnej 14 pył węglowy
zawieszony w turbulentnym m edium gazowym pod wpływem tem peratury około 900°C
- w której z ziaren paliwa wydzielają się części lotne - i przy ciśnieniu quasiatm osferycz
nym ulega pirolizie i zgazowaniu.
O dpow iednią gazyfikację paliwa zapewnia znana konstrukcja kom ory reakcyjnej
typu strum ieniowego pow odująca osiowe, pionowe wznoszenie się pyłu węglowego w
gazowym nośniku ciepła, a po dojściu do stropu zm ianę kierunku strum ienia o 180° i
jego spływ w pobliżu ścianek bocznych w dół. Produkty gazyfikacji, a więc surowy gaz
palny i karbonizat wpływają przew odem 15 do cyklonu 20, gdzie karbonizat zostaje
oddzielony od gorącego surowego gazu. Z cyklonu 20 poprzez zbiornik 21 karbonizat
jest doprow adzany do paleniska cyklonowego 24, gdzie spala się w atm osferze podgrzanego pow ietrza tłoczonego przew odem 22. Dodatkowo do komory paleniskowej 24
zespołem transportującym 5 poprzez węzeł przygotowania 12 i zespół transportujący 11
w prowadza się palne odpady kom unalne w ilości zależnej od ich składu, najczęściej
około 10%. Nadmiar karbonizatu spala się w palniku 23, a otrzymane spaliny kieruje się
przewodem bezpośrednio do kotła energetycznego 39. Spaliny z paleniska 24 stanowią
zasadniczą część nośnika ciepła procesu zgazowania. N atom iast gorący surowy gaz z
cyklonu 20 przew odem 19 wpływa do podgrzewacza pow ietrza 18 z odpływem podgrzanego pow ietrza przew odem 22. Częściowo ochłodzony gaz poprzez przew ód 30 jest
kierowany do rek u p erato ra 29, gdzie następuje jego dalsze schłodzenie, a ponadto
redukcja znajdujących się w gazie: dwusiarczku węgla i tlenosiarczku węgla do siarko-
174 698
7
w odoru na elem en tach ze stali węglowej. N astępnie gaz wpływa przew odem 31 do
podgrzewacza pow ietrza 34, gdzie zostaje ochłodzony do tem peratury około 100°C.
Ze względu na to, że na powierzchniach chłodzących podgrzewaczy powietrza wytrąca
się smoła i inne węglopochodne - w sposobie według wynalazku - przewiduje się okresowe
ich oczyszczanie i spalanie w palenisku 24. Schłodzony gaz wpływa przewodem 35 do węzła
odazotowania gazu składającego się z płuczki 45, odgazowywacza wody amoniakalnej 47 i
chłodnicy wody amoniakalnej 49. W płuczce 45 zraszanej wodą amoniakalną jako cieczą
obiegową z przewodu 36 zachodzi końcowe odpylenie gazu surowego z lotnego karbonizatu
przepuszczonego przez cyklon 20, oraz wymycie go z takich zanieczyszczeń jak: smoła,
naftalen, fenole i inne. Zapewnia to wyposażenie płuczki w znany koagulator Venturiego
ustawiony pionowo i współosiowo. Ciecz płucząca jest doprowadzona do usytuowanego u
góry konfuzora i wypływa przez otwór wylotowy dyfuzora nad lustrem cieczy płuczącej
osadnika promieniowego znajdującego się w dolnej części płuczki. W osadniku następuje
zagęszczenie skoagulowanych części stałych. Ciecz obiegowa z płuczki 45 spływa przewodem 46 do odgazowacza 47, w którym podgrzewana jest do tem peratury 105°C dla wydzielenia z niej związków azotu, cyjanu chloru i fluoru oraz częściowo siarkowodoru, dwutlenku
węgla i pary wodnej, które przez odciąg gazów 50 są kierowane do spalenia w komorze
paleniskowej 24, a ciecz wypływająca przew odem 48 zostaje schłodzona w chłodnicy 49.
Z płuczki 45 przewodem 43 gaz jest kierowany do węzła odsiarczania. W płuczce odsiarczającej 44 gaz jest zraszany cieczą obiegową doprowadzoną przewodem 52. Jako ciecz
obiegową stosuje się znany roztwór wodny wodorotlenku sodu zawierający hydrochinon o
wzmocnionym katalitycznym działaniu przez cyjanosiarczek żelaza. Wskutek reakcji redukcji z zawartego w gazie siarkowodoru otrzymuje się siarkę elem entarną, która charakteryzuje się wysokim stopniem czystości. Z płuczki 44 zimny, czysty gaz przewodem 28 wpływa
do rekuperatora 29 i po ogrzaniu, przewodem 27 zostaje wprowadzony do spalenia w kotle
energetycznym 39 wraz ze spalinami z nadmiaru karbonizatu doprowadzonymi przewodem 37.
Do kotła 39 są również doprowadzone: gorące powietrze (przewodem 33), a następnie
woda surowa (przewodem 1) i woda ciepła (przewodem 2) poprzez węzeł przygotowania
wody kotłowej 13. W kotle energetycznym 39 zachodzi całkowite spalenie resztek palnych
zanieczyszczeń gazu takich jak: wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne, węglowodory chlorowane, śladowe ilości sadzy i dlatego spaliny odprowadzone przewodem 41 mogą
być emitowane do atmosfery przez niski kominek stalowy. W kotle 39 wytwarza się parę
wodną i czynnik grzewczy oraz czyste gazy spalinowe kierowane przewodem 3 do węzła
przygotowania paliw stałych 7. Natom iast ciecz z zawieszoną w niej siarką z płuczki 44
poprzez przewód 53 wpływa do oksydatora 54, gdzie jest flotowana zimnym powietrzem
doprowadzonym przewodem 25. Stąd zregenerowana ciecz wraca do obiegu, a piana z
siarką kierowana jest do roztapiacza siarki 55. Po roztopieniu na skutek różnicy ciężarów
właściwych oddziela się siarkę od cieczy obiegowej, która zespołem transportującym 57
jako produkt handlowy jest odprowadzana poprzez węzeł konfekcjonowania 58. Ponadto,
dla odciążenia krążących w obiegach związków chloru, fluoru, wielosiarczku sodu, soli
amonowych i innych przewidziano wspólny przewód 63 dla ich okresowego odprow adzania na poletko osadowe 62, skąd po podsuszeniu zespołem transportow ym 61 będą
odprow adzone na szczelne wysypisko.
Ilości odpadów wymagających deponow ania na szczelnym wysypisku są kilkasetkrotnie razy m niejsze niż odpady pow stałe w przypadku konwencjonalnego spalania
paliwa w kotłach energetycznych, również z fluidalnymi komorami spalania.
174 698
Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.
Cena 2,00 zł